Heb je je ooit afgevraagd hoe frequentieomzetters werken en waarom ze essentieel zijn in moderne elektrische systemen? Dit artikel gaat in op 40 veelgestelde vragen over frequentieomvormers en belicht hun functies, verschillen in modulatietechnieken en praktische toepassingen. Je komt meer te weten over hun invloed op motorprestaties, energie-efficiëntie en operationele veiligheid. Of je nu een doorgewinterde ingenieur bent of gewoon nieuwsgierig, deze uitgebreide gids zal je meer inzicht geven in deze essentiële apparaten.
Een frequentieomvormer is een elektrisch apparaat dat de frequentie van een voeding aanpast door vermogenshalfgeleiders te gebruiken om aan en uit te schakelen. Het kan verschillende functies uitvoeren, waaronder een zachte start, het regelen van de frequentieconversiesnelheid, het verhogen van de operationele nauwkeurigheid, het aanpassen van de arbeidsfactor en het bieden van bescherming tegen overstroom, overspanning en overbelasting.
PWM staat voor Pulsbreedtemodulatie en is een techniek om de uitvoer en golfvorm aan te passen door de breedte van de pulsen in een pulstrein te veranderen.
PAM staat voor Puls Amplitude Modulatie en is een methode om de uitgangswaarde en golfvorm aan te passen door de amplitude van de pulsen in een pulstrein te veranderen volgens een specifieke wet.
Het hoofdcircuit van een frequentieomvormer kan grofweg worden ingedeeld in twee typen:
De spanningstype frequentieomvormer zet de gelijkspanningsbron om in wisselstroom. Het DC-circuitfilter in dit type frequentieomvormer is een condensator.
De stroomfrequentieomvormer daarentegen zet de gelijkstroombron om in wisselstroom. Het DC-lusfilter in dit type frequentieomvormer is een spoel.
Het elektromagnetische koppel van een motor wordt gegenereerd door de wisselwerking tussen stroom en magnetische flux. Het is cruciaal om de stroom binnen de nominale waarde te houden om oververhitting van de motor te voorkomen.
Als de magnetische flux afneemt, zal het elektromagnetische koppel ook afnemen, wat leidt tot een vermindering van de belastbaarheid van de motor.
Zoals blijkt uit de formule E=4,44KFNΦ, tijdens snelheidsregeling met variabele frequentie verandert het magnetische circuit van de motor aanzienlijk met de bedrijfsfrequentie fX, wat gemakkelijk verzadiging van het magnetische circuit kan veroorzaken, wat leidt tot ernstige vervorming van de golfvorm van de bekrachtigingsstroom en een hoge piekstroom.
Om een zwak magnetisch veld en magnetische verzadiging te voorkomen, is het belangrijk om frequentie en spanning proportioneel te veranderen, d.w.z. de uitgangsspanning van de frequentieregelaar te regelen terwijl de frequentie wordt veranderd om een bepaald niveau van magnetische flux in de motor te handhaven.
Deze besturingsmodus wordt vaak gebruikt in energiebesparende frequentieomvormers voor ventilatoren en pompen.
Als de frequentie afneemt (bij lage snelheid) en hetzelfde vermogen wordt gehandhaafd (constant vermogen), zal de stroom toenemen. Als echter de voorwaarde van een bepaald koppel wordt gehandhaafd (constant koppel), blijft de stroom bijna onveranderd.
De frequentieomvormer wordt tijdens bedrijf gebruikt door de frequentie en spanning van de motor geleidelijk te verhogen. De startstroom is beperkt tot minder dan 150% van de nominale stroom (variërend van 125% tot 200% afhankelijk van de verschillende modellen).
Daarentegen kan bij direct starten met een voeding met netfrequentie de startstroom 6 tot 7 keer de nominale stroom bereiken, wat mechanische en elektrische impact veroorzaakt.
Door frequentieomvormeraandrijving te gebruiken, verloopt het startproces soepeler, met een startstroom van 1,2 tot 1,5 keer de nominale stroom en een startkoppel van 70% tot 120% van het nominale koppel.
Voor frequentieomvormers met automatische koppelversterkingsfunctie is het startkoppel groter dan 100% en is starten met volle belasting mogelijk.
Als de frequentie afneemt, neemt ook de spanning (V) evenredig af. Dit verband tussen V en f werd eerder uitgelegd in antwoord 4.
De proportionele relatie tussen V en f wordt vooraf bepaald op basis van de karakteristieken van de motor. Meestal zijn er verschillende karakteristieke opties opgeslagen in het geheugenapparaat (ROM) van de regelaar en kunnen ze worden geselecteerd met een schakelaar of draaiknop.
Wanneer de spanning evenredig met de frequentie afneemt, heeft het aardkoppel dat bij lage snelheid wordt gegenereerd de neiging om af te nemen omdat de AC-impedantie kleiner wordt en de DC-weerstand onveranderd blijft.
Om een bepaald startkoppel bij lage frequentie te verkrijgen, moet de uitgangsspanning worden verhoogd. Deze compensatie staat bekend als versterkt starten.
Dit kan op verschillende manieren worden bereikt, waaronder een automatische methode, het selecteren van een V/f-modus of het aanpassen van een potentiometer.
Hoewel er nog steeds vermogen kan worden afgegeven onder 6Hz, ligt de minimaal bruikbare frequentie rond 6Hz, rekening houdend met factoren zoals motortemperatuurstijging, startkoppel en andere omstandigheden. Bij deze frequentie kan de motor het nominale koppel produceren zonder noemenswaardige opwarmingsproblemen.
De eigenlijke uitgangsfrequentie (startfrequentie) van de frequentieomvormer varieert van 0,5 tot 3 Hz, afhankelijk van het model.
Normaal gesproken niet. Als de spanning hoger is dan 60Hz (er zijn ook modi boven 50Hz), vertoont deze een constante vermogenskarakteristiek, waardoor hetzelfde koppel nodig is bij hoge snelheid.
Het gebruikte motorapparaat is uitgerust met een snelheidsdetector (PG) die de actuele snelheid terugleidt naar het regelapparaat voor regeling, wat een "gesloten lus" wordt genoemd. Een motorapparaat zonder PG-werking wordt daarentegen een "open lus" genoemd.
De meeste frequentieomvormers werken in een open-lus modus, hoewel sommige machines de optie voor PG-feedback bieden.
De gesloten regelmodus zonder snelheidssensor berekent de werkelijke snelheid van de motor met behulp van een vooraf bepaald wiskundig model en magnetische flux, en vormt zo een gesloten regelmodus met een virtuele snelheidssensor.
In een open-loop systeem kan, zelfs als de frequentieregelaar een specifieke frequentie afgeeft, de snelheid van de motor veranderen binnen het bereik van de nominale slip (1% tot 5%) wanneer deze draait met een belasting.
Voor toepassingen die een hoge snelheidsregelnauwkeurigheid vereisen en waarbij de motor in de buurt van de gespecificeerde snelheid moet werken, zelfs als de belasting verandert, kan een frequentieregelaar met PG-feedbackfunctie worden gebruikt (als optionele functie).
De frequentieregelaar met PG-feedbackfunctie verbetert de nauwkeurigheid. De snelheidsnauwkeurigheid is echter afhankelijk van zowel de nauwkeurigheid van de PG als de resolutie van de uitgangsfrequentie van de frequentieregelaar.
Als de gespecificeerde acceleratietijd te kort is en de uitgangsfrequentie van de frequentieregelaar veel sneller verandert dan de verandering in snelheid (elektrische hoekfrequentie), kan de frequentieregelaar uitschakelen en stoppen met werken vanwege overstroom, ook wel stall genoemd.
Om overtrekken te voorkomen en ervoor te zorgen dat de motor blijft draaien, is het nodig om de stroom te controleren en de frequentie te regelen.
Als de acceleratiestroom te hoog wordt, moet de acceleratiesnelheid dienovereenkomstig worden vertraagd. Hetzelfde geldt voor de vertraging.
De combinatie van deze acties staat bekend als de stall-functie.
Versnelling en vertraging kunnen afzonderlijk gespecificeerd worden. Dit is geschikt voor versnellingen van korte duur en langzame vertragingen, of voor kleine bewerkingsmachines waar de productietijd strikt gedefinieerd moet worden.
Voor ventilatortransmissies en andere toepassingen met lange acceleratie- en deceleratietijden kunnen de acceleratie- en deceleratietijden echter samen worden opgegeven.
Als de opdrachtfrequentie van de motor tijdens bedrijf wordt verlaagd, wordt de motor een asynchrone generator en werkt hij als een rem, wat bekend staat als regeneratief (elektrisch) remmen.
De energie die door de motor wordt gegenereerd tijdens het regeneratief remmen, wordt opgeslagen in de filtercondensator van de frequentieregelaar.
De regeneratieve remkracht van een algemene frequentieregelaar is echter beperkt tot ongeveer 10% tot 20% van het nominale koppel vanwege de relatie tussen de capaciteit van de condensator en de weerstandsspanning.
Door een optionele remeenheid te gebruiken, kan de regeneratieve remkracht verhoogd worden tot 50% tot 100%.
Beveiligingsfuncties kunnen worden onderverdeeld in twee categorieën:
(1) Voert automatisch corrigerende acties uit na het detecteren van een abnormale toestand, zoals overstroomblokkadepreventie en regeneratieoverspanningsblokkadepreventie.
(2) Blokkeert het PWM-besturingssignaal van de vermogenshalfgeleider na detectie van een afwijking, waardoor de motor automatisch stopt. Voorbeelden zijn overstroomonderbreking, regeneratieoverspanningonderbreking, oververhitting van de halfgeleiderkoelventilator en bescherming tegen onmiddellijke stroomuitval.
Wanneer een koppeling wordt gebruikt om de belasting aan te sluiten, gaat de motor op het moment van aansluiten plotseling over van een onbelaste toestand naar een gebied met een hoge slip. De resulterende grote stroom zorgt ervoor dat de frequentieregelaar uitschakelt vanwege overstroom, waardoor hij niet kan werken.
Wanneer de motor start, vloeit er een startstroom die evenredig is met zijn capaciteit, wat een spanningsval veroorzaakt in de transformator aan de statorzijde van de motor. Als de motor een groot vermogen heeft, kan deze spanningsval een aanzienlijke impact hebben.
Een frequentieomvormer die op dezelfde transformator is aangesloten, kan een onderspanning detecteren of een onmiddellijke stop activeren. Als gevolg daarvan kan de beveiligingsfunctie (IPE) in werking treden, waardoor de werking stopt.
Bij digitaal gestuurde frequentieomzetters wordt de uitgangsfrequentie in stappen ingesteld, zelfs als het frequentiecommando een analoog signaal is. De kleinste eenheid van deze stap wordt de frequentieconversieresolutie genoemd, die meestal 0,015 tot 0,5 Hz is.
Als de resolutie bijvoorbeeld 0,5Hz is, kan de frequentie worden gewijzigd in stappen van 0,5Hz, zoals van 23Hz naar 23,5Hz en 24,0Hz, waardoor de motor ook in stappen werkt.
Dit kan problemen opleveren voor toepassingen die een continue spoelregeling vereisen. In dergelijke gevallen wordt een resolutie van ongeveer 0,015 Hz aanbevolen. Met deze resolutie is een éénfaseverschil in een 4-traps motor minder dan 1R/min, wat voldoende nauwkeurigheid biedt. Merk op dat de gespecificeerde resolutie voor sommige modellen mogelijk niet overeenkomt met de werkelijke uitgangsresolutie.
Het koelingseffect van de frequentieomvormer wordt meegenomen in het ontwerp van de interne en achterstructuur. Een goede ventilatie is ook afhankelijk van de oriëntatie van de eenheid.
Daarom wordt aanbevolen om paneeltoestellen en wandtoestellen waar mogelijk verticaal te installeren.
Een motor starten met een zeer lage frequentie is mogelijk, maar als de opgegeven frequentie hoog is, is het vergelijkbaar met rechtstreeks starten met een voeding met netfrequentie. Dit resulteert in een grote startstroom (6 tot 7 keer de nominale stroom), waardoor de frequentieregelaar uitschakelt vanwege overstroom en de motor niet kan starten.
Houd rekening met de volgende punten bij gebruik boven 60 Hz:
(1) Ervoor zorgen dat de machines en apparaten op deze snelheid kunnen werken, rekening houdend met factoren zoals mechanische sterkte, geluid en trillingen.
(2) Wanneer de motor het constante vermogensbereik bereikt, moet het uitgaande koppel voldoende zijn om de motor te laten werken. Houd er rekening mee dat het uitgangsvermogen van de ventilator, pomp en andere assen evenredig toeneemt met de kubus van de snelheid, dus wees voorzichtig wanneer de snelheid toeneemt.
(3) Houd rekening met de invloed op de levensduur van de lagers.
(4) Voor motoren met een gemiddelde of hogere capaciteit, vooral 2-polige motoren, is het belangrijk om met de fabrikant te overleggen voordat er boven de 60 Hz wordt gewerkt.
Bij het gebruik van een verloopstuk moet rekening worden gehouden met verschillende zaken, afhankelijk van de structuur en smeermethode.
In tandwielconstructies moet een maximumgrens van 70 tot 80 Hz worden overwogen.
Bij gebruik van oliesmering kan continu gebruik bij lage snelheid schade aan het tandwiel veroorzaken.
In principe niet. Voor eenfasemotoren met een starttype met governorschakelaar kan de hulpwikkeling doorbranden in het snelheidsregelbereik onder het werkpunt.
In de condensatorstart- of condensatorbedrijfsmodus kunnen condensatorexplosies optreden.
De voeding voor frequentieomvormers is meestal driefasig, maar voor kleine vermogens kan ook een eenfasige voeding worden gebruikt.
De efficiëntie van een frequentieomvormer hangt af van verschillende factoren, waaronder het model, de bedrijfstoestand en de gebruiksfrequentie. Het is moeilijk om hier een definitief antwoord op te geven.
Er wordt echter geschat dat het rendement van frequentieomzetters die werken onder 60 Hz ongeveer 94% tot 96% is. Dit kan worden gebruikt als basis voor het berekenen van verliezen.
Het is belangrijk op te merken dat het stroomverbruik hoger kan zijn als het verlies tijdens het remmen wordt meegerekend.
Het ontwerpen van een effectief bedieningspaneel is ook cruciaal en moet zorgvuldig gebeuren.
Over het algemeen wordt de motor gekoeld door een externe ventilator op de as of door schoepen op de rotoreindring.
Als de snelheid wordt verlaagd, zal het koelingseffect ook afnemen, waardoor het niet hetzelfde warmteniveau kan verwerken als bij gebruik op hoge snelheid.
Om dit te voorkomen, moet het koppel van de belasting bij lage snelheid worden verlaagd, moet een frequentieregelaar met hoge capaciteit worden gebruikt in combinatie met de motor of moet een speciale motor worden gekozen die is ontworpen voor werking bij lage snelheid.
De voedingsbron voor het rembekrachtigingscircuit moet worden genomen van de ingangszijde van de frequentieregelaar.
Als de rem wordt ingeschakeld terwijl de frequentieregelaar nog stroom levert, kan dit leiden tot een overstroomonderbreking.
Om dit te voorkomen, is het belangrijk om ervoor te zorgen dat de rem pas wordt ingeschakeld nadat de frequentieomvormer is gestopt met het leveren van vermogen.
Wat betreft de invloed van de condensator van de frequentieomvormer op de effectieve vermogensfactor nadat de frequentieomvormer is verwijderd, moeten er stappen worden ondernomen om de vermogensfactor te verbeteren die wordt veroorzaakt door de stroom die in de condensator van de frequentieomvormer vloeit.
Hoewel de frequentieomvormer een statisch apparaat is, bevat hij ook verbruikscomponenten zoals filtercondensatoren en koelventilatoren.
Bij goed onderhoud hebben deze onderdelen een levensduur van meer dan 10 jaar.
Voor modellen met kleine capaciteit met of zonder koelventilatoren:
Bij modellen met ventilatoren stroomt de lucht van beneden naar boven, dus het is belangrijk dat er geen mechanische apparatuur wordt geplaatst die de aan- en afvoer aan de boven- en onderkant van de locatie waar de frequentieomvormer is geïnstalleerd, kan belemmeren.
Daarnaast is het ook belangrijk om warmtegevoelige componenten niet boven de frequentieregelaar te plaatsen.
In het geval van een ventilatorstoring wordt de frequentieomvormer beschermd door de stopdetectie van de elektrische ventilator of de oververhittingsdetectie op de koelventilator.
De elektrostatische capaciteit van de condensator die als filtercondensator wordt gebruikt, neemt geleidelijk af na verloop van tijd.
Het wordt aanbevolen om de elektrostatische capaciteit regelmatig te meten en de levensduur te beoordelen aan de hand van de vraag of deze 85% van de nominale capaciteit van het product heeft bereikt.
Gewoonlijk wordt de condensator opgeslagen in een schijfvormige houder.
Volledig gesloten schijfvormige containers kunnen echter vrij groot zijn, nemen veel ruimte in beslag en zijn relatief duur.
Om deze problemen aan te pakken, kunnen de volgende maatregelen worden genomen:
(1) Bij het ontwerp van de schijf moet rekening worden gehouden met de vereisten voor warmteafvoer van het apparaat;
(2) Aluminium vinnen en een koelvloeistof met vinnen kunnen worden gebruikt om het koeloppervlak te vergroten.
Om hoge-orde harmonische interferentie in de ingangsstroom te verminderen en de vermogensfactor van de ingangsvoeding te verbeteren.
Het sinusfilter zorgt ervoor dat de frequentieregelaar kan werken met een lange motorkabel en is ook geschikt voor schakelingen met een tussentransformator tussen de frequentieregelaar en de motor.
De weerstandswaarde van de potentiometer die bij de frequentieomvormer wordt geleverd, ligt meestal tussen 1K Ω en 10K Ω.
(1) Stralingsinterferentie;
(2) Geleidende interferentie.
Stoorsignalen die via straling worden doorgegeven, kunnen effectief worden verminderd door de stralingsbron en de verstoorde lijn op de juiste manier te leiden en af te schermen.
Stoorsignalen die via de lijn worden verzonden, kunnen worden aangepakt door filters, reactoren of magnetische ringen toe te voegen aan de ingangs- en uitgangszijde van de frequentieomvormer.
De specifieke methoden en voorzorgsmaatregelen voor het verminderen van interferentie zijn als volgt:
(1) De signaal- en voedingskabels moeten verticaal gekruist of gebundeld worden.
(2) Vermijd het aansluiten van draden gemaakt van verschillende metalen aan elkaar.
(3) De afschermingslaag moet goed geaard zijn en de aarding moet continu en betrouwbaar zijn over de hele lengte.
(4) In signaalcircuits moet een afgeschermde kabel met getwiste paren worden gebruikt.
(5) Het aardingspunt voor de afschermingslaag moet zo ver mogelijk verwijderd zijn van de frequentieomvormer en gescheiden zijn van het aardingspunt van de frequentieomvormer.
(6) Er kan een magnetische ring worden gebruikt op de ingangsstroomlijn en uitgangsstroomlijn van de frequentieomvormer.
De specifieke methode voor het gebruik van een magnetische ring is als volgt: De ingangslijn kan vier keer in dezelfde richting worden gewikkeld, terwijl de uitgangslijn drie keer in dezelfde richting kan worden gewikkeld.
Het is belangrijk om de magnetische ring tijdens het wikkelen zo dicht mogelijk bij de frequentieomvormer te houden.
(7) Daarnaast kunnen, om interferentie te voorkomen, afscherming en andere anti-interferentiemaatregelen worden geïmplementeerd voor verstoorde apparatuur en instrumenten.
Het vermogen dat de transportband verbruikt, is recht evenredig met zijn snelheid.
Als je dus op 80Hz wilt werken, moet het vermogen van de frequentieomvormer en de motor evenredig worden verhoogd, wat een verhoging van 60% betekent ten opzichte van de 50Hz-capaciteit. Dit betekent dat de capaciteit van de frequentieomvormer en de motor met 60% moet worden verhoogd.
Bij VVC (Variable Voltage and Variable Frequency)-regeling gebruikt het regelcircuit een wiskundig model om de optimale motorbekrachtiging te berekenen in reactie op veranderingen in de motorbelasting en compenseert het de belasting dienovereenkomstig.
Bovendien bevat het besturingscircuit een synchrone 60° PWM-methode geïmplementeerd op een ASIC (Application-Specific Integrated Circuit) die de optimale schakeltijd bepaalt voor de halfgeleiderelementen (IGBT's) van de omvormer.
Het algemene circuit van een variabele frequentievoeding bestaat uit componenten zoals AC constante stroom en AC filters, wat resulteert in zuivere sinusvormige uitgangsspanningen en stroomvormen die sterk lijken op de ideale AC-voeding.
Het is in staat om de netspanning en -frequentie voor elk land ter wereld te genereren.
Aan de andere kant bestaat de frequentieomvormer uit componenten zoals wisselstroom met constante stroom (modulatiegolf) en andere circuits. De standaardnaam voor dit apparaat is een variabele frequentieregelaar.
De golfvorm van de uitgangsspanning van de frequentieregelaar is echter een pulserende blokgolf met talrijke harmonische componenten. De spanning en frequentie veranderen tegelijkertijd proportioneel en kunnen niet onafhankelijk worden aangepast, waardoor ze ongeschikt zijn voor gebruik als voeding.
Het wordt meestal alleen gebruikt voor het regelen van de snelheid van een driefasige asynchrone motor.
Als oprichter van MachineMFG heb ik meer dan tien jaar van mijn carrière gewijd aan de metaalbewerkingsindustrie. Door mijn uitgebreide ervaring ben ik een expert geworden op het gebied van plaatbewerking, verspaning, werktuigbouwkunde en gereedschapsmachines voor metalen. Ik denk, lees en schrijf voortdurend over deze onderwerpen en streef er voortdurend naar om voorop te blijven lopen in mijn vakgebied. Laat mijn kennis en expertise een aanwinst zijn voor uw bedrijf.
NL 
EN 
AR 
DE 
ES 
FR 
IT 
JA 
PT 
PT_BR 
RU 
KO